如果我们回首20世纪的天文学,就会发现在众多的发现当中,天文学家爱德温·哈勃发现的星系红移是整个人类文明史一次里程碑式的重大发现。
所谓星系红移,指的就是银河系外的大多数星系都在离我们远去,而且距离我们越远,远离的速度就越快。这个发现不仅让爱因斯坦主动承认自己关于静态宇宙的错误看法,而且还成为了宇宙大爆炸的关键证据,拉开了现代宇宙学发展的序幕。
除了爱德温·哈勃,在天文学史上,还有另外一个“哈勃”也为人类探索宇宙做出了巨大的贡献,这个“哈勃”就是大名鼎鼎的哈勃空间望远镜。
1990年4月24号是哈勃空间望远镜服役的日子,今天是哈勃服役30周年的日子。在过去的30年里,哈勃为我们带来许多珍贵的照片,帮助科学家攻克了一个又一个的科学难题。可你知道吗?
哈勃其实是一个近视眼,这30年来,它带着一副眼睛,勤勤恳恳地工作,别人“996”就受不了,可它完全就是“007”,全天无休地在巡天。那具体是咋回事呢?
大型轨道天文台计划首先,我们要从天文观测说起。早期人类观测宇宙其实是通过肉眼。具体的原理其实是宇宙中的电磁波来到地球,进入到观测员的眼睛当中。电磁波其实有一个很完整的频段,而肉眼只能观测到一部分,这部分也被叫做可见光频段。可见光频段其实只是整个光谱中很小的部分,这就意味着人类看不到很多光,这就有点类似于色盲。
自从伽利略用望远镜来观测天象,人类的天文学水平就有了突飞猛进的发展。由于人类只能在地球上观测宇宙,地球的环境其实对天文观测是有很大影响的。这些因素主要有地面的振动,其他的电磁波的污染,即便没有这些,大气层本身也对天文观测造成严重的干扰。
由于大气层是冷热不均的,在地球表面上观测时,看到的景象就会发生晃动和模糊,就好像散光了一样。不仅如此,大气层和地磁场还会屏蔽掉许多宇宙射线,导致科学家无法观测到X射线波段,伽马射线。所以,即便是我们有能够接收这些射线的仪器,但由于地球环境,我们还会有部分接收不到。这某种程度上加深了人类的“色盲”问题。
一直以来,科学家就想要攻克这两个问题。1946年,天文学家莱曼·斯皮策就提出一个大胆的想法,把望远镜搬到天空当中,这样就可以避免地球的影响。
1970年,美国和欧洲的航天局就发起了一个“大型轨道天文台计划”。在这个计划中,有希望解决上述的两个问题,首先把望远镜搬到天空中,解决散光的问题;其次,利用四台空间望远镜覆盖电磁波的全频段,这样就可以解决色盲的问题。这四台空间望远镜分别是:
- 哈勃空间望远镜:可见光和近紫外波段。
- 康普顿伽玛射线天文台:伽玛射线波段,硬X射线波段。
- 钱德拉X射线天文台:软X射线波段。
- 斯皮策空间望远镜:红外波段。
“近视眼”哈勃空间望远镜
哈勃望远镜是这四个空间望远镜中,第一个被送往太空的。是迄今为止最长寿的,到现在为止已经完成了100多万次的拍摄,可以说是最成功的空间望远镜。虽然它的业绩十分辉煌,但真的应了中国的那句老话:好事多磨。
一开始,美国国会不愿意批准哈勃项目的预算,但是当时的科学家想了很多办法来游说国会,最终得到了一半的计划经费,这导致只能给原计划进行瘦身。
其次,由于哈勃用到的主镜面对于工艺的要求特别高,导致制造商迟迟无法按时交货,前前后后推迟了三次。等到准备好时,又遇到了1986年挑战者号的事故。
于是,哈勃空间望远镜的发射计划又被推迟了。直到1990年4月24号,哈勃在才正式发射,这距离哈勃完工已经过去了7年的时间。
可是在发射时,太阳能电池板差点就没打开,差点造成发射失败。这还不是最遭的,在哈勃的导航系统中,一共有6个陀螺仪,其中有四个坏了,然后磁力计和动力系统也都出了问题。最严重的是打磨主镜面的时候,成品比标准厚了2微米,这就使得哈勃对焦不准,说白了就是哈勃成了近视眼。
戴眼镜的哈勃
出现这样的意外,对于美国航天局而言无疑是巨大的灾难。不过,科学家们没有放弃,而是决定一雪前耻。他们计划给哈勃“戴副眼镜”,来矫正这个2微米的误差。经过三年的努力,1993年,宇航员乘坐着奋进号航天飞机,前往哈勃的的轨道,对哈勃进行维护。
宇航员不仅给哈勃戴上了眼镜,还更换了陀螺仪和太阳能电池板。戴上了眼镜的哈勃拍摄到的照片不再模糊,它开始正常地运作,不断地拍摄照片。
这些照片拥有巨大的科研价值,那都有哪些重大发现呢?
我们可以简单列举几个。
- 测定宇宙年龄
- 证实了星系中心存在黑洞
- 发现了宇宙加速膨胀的证据
- 观测到了许多系外行星
……
哈勃观测到的图象精度远远好于地面上的望远镜,可以说是大幅度地促进了天文学的发展。
哈勃的继任者
按照原来的计划,哈勃应该服役到2005年。不过,它的服役时间远远超过了原计划。时至今日,科学家一共对哈勃进行了4次维修。最后一次是安排在了2009年,当时计划是倾尽全力给哈勃来一次大的维护和升级,从那之后就不再对它进行维护,由于这次升级的技术要求极高,导致存在着很高的风险。宇航员在亚特兰提斯号航天飞机前往哈勃轨道维护时,奋进号航天飞机就一直在待命状态,随着准备上天营救。
最后的这维护后,科学家指望着哈勃能够继续使用5年的时间,服役到2014年。应该说,哈勃真的是空间望远镜的劳模,到了2014年时,还可以继续超期服役,一直到今年,距离它当初发射已经30年的时间,依然勤勤恳恳。
虽然如此,但是科学家也不打算再对哈勃进行维护了,毕竟哈勃的技术已经太落后。于是,科学家不得不采用技术水平更高的新设备。
这个哈勃的继任者就是詹姆斯·韦伯空间望远镜。
它的口径是6.5米,而哈勃只有2.4米,因此它的性能要远远优于哈勃,也就是说它能看得比哈勃更远,更详细。詹姆斯·韦伯空间望远镜目前已经在筹备当中,相信在不久的将来就会发射。
哈勃已经等了这位继任者足足15年的时间,它已经圆满地完成了自己的任务。虽然它只是一台设备,但是它大大拓宽了人类的视野。因此,哈勃无疑是人类文明史的英雄。
关于哈勃的一生,在纪录片《哈勃三十年:揭示宇宙奇观》有非常详细的描述,有兴趣可以自己去看一下。
,